【正文】 543210 KKKKKKK ??????第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 2021/11/11 84 儲(chǔ)氣庫(kù)的操作經(jīng)營(yíng)費(fèi)用 儲(chǔ)氣庫(kù)年操作經(jīng)營(yíng)費(fèi)用是指儲(chǔ)氣庫(kù)建成投產(chǎn)后為維持其正常生產(chǎn)所必須花費(fèi)的水 、 電 、 燃料費(fèi)用 、 工人工資 、 行政管理費(fèi)用和設(shè)備的折舊提成等 。 氣藏及注采井的操作經(jīng)營(yíng)費(fèi)用 氣藏及注采井的操作經(jīng)營(yíng)費(fèi)用主要包括井下設(shè)備的維修費(fèi) 、 氣藏的監(jiān)測(cè)與化驗(yàn)費(fèi) 、 設(shè)備的折舊提成等 3210 CCCCC ????)( 1002021 KKcNcC ???第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 2021/11/11 85 集輸及凈化工藝系統(tǒng)的操作經(jīng)營(yíng)費(fèi)用 集輸及凈化工藝系統(tǒng)的操作費(fèi)用主要包括集輸管線的維修費(fèi)、防腐費(fèi)，凈化設(shè)備的維修費(fèi)、動(dòng)力費(fèi)以及甲醇、乙二醇等原材料消耗費(fèi)用。 注氣系統(tǒng)的操作經(jīng)營(yíng)費(fèi)用 注氣系統(tǒng)的操作費(fèi)用包括與功率成正比的操作費(fèi)用和設(shè)備的折舊。 )( 321312111 KKcGcLcC w ????422212 KcNcC c ??第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 2021/11/11 86 投資回收系數(shù) 儲(chǔ)氣庫(kù)的投資回收系數(shù)是反映了儲(chǔ)氣庫(kù)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性好壞的重要指標(biāo)。其計(jì)算公式如下 式中 i— 基本投資收益率 ， i 1， 對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)項(xiàng)目取 12%； t— 投資回收期， a。 第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 1)1()1(????ttiiiE2021/11/11 87 約束條件 儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化模型還必須滿足一定的約束條件，包括：物理約束和水力約束。 ?物理約束 儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化模型物理約束條件包括：儲(chǔ)氣庫(kù)調(diào)峰日 、 年高峰值量 、 壓縮機(jī)出口壓力和功率 、 不同套管尺寸最大和最小井?dāng)?shù) 。 ?水力約束 水力約束條件包括儲(chǔ)氣庫(kù)產(chǎn)量遞減曲線方程 、 儲(chǔ)層滲流方程 、 套管方程 、 集輸系統(tǒng)流動(dòng)方程 。 第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 2021/11/11 88 產(chǎn)量遞減方程： 儲(chǔ)層滲流方程： 套管方程： 最大墊底氣量： 集氣損耗： 約束條件還包括集輸系統(tǒng)的流動(dòng)方程和壓縮機(jī)功率計(jì)算方程 。 2252 g w iTirfiw fi qgPgP ??ar h mem GggPG ??? 12 /)(3gPP wfjs ??3/ ???????????TLZPPdQ KH ???????? ???? 118 8 1kkininT VPkkN ?第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 21 gGgP brh ??ng w irhr fi gqPP 1422 )/(??2021/11/11 89 模型的求解 當(dāng)天然氣從儲(chǔ)氣庫(kù)中以恒定的壓力從不同套管尺寸的井采出并輸送至凈化外輸系統(tǒng)時(shí) ， 必須調(diào)節(jié)每一套管的流量使各井從儲(chǔ)層到井口的壓力降保持一致 ， 這里采用 壓力流量平衡法 來(lái)滿足這一要求 。 具體過(guò)程如下： 根據(jù)儲(chǔ)層滲流方程和套管方程 有： 兩邊同時(shí)除 g5 ： ng w irhr fi gqPP 1422 )/(?? 21225 )( g w iTir fiw fi qgPgP ??2145252 )/( g w iTing w irhw f i qggqgPgP ???25145252 )/()/(/)( g w iTing w irhw f i qgggqgPgP ????第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 2021/11/11 90 壓力流量平衡法 令 ， 則有 ： 再令 ， 則： 上式對(duì) 微分得： 不同套管尺寸不同注采井?dāng)?shù) 的加權(quán)平均為： 令 ， ， 則有： 5/ ggg Tigi ? 214522 )/(/ g w iging w iw f irh qggqgPP ???2522 / iw firh PgPP ??? 2142 )/( g w iging w ii qggqP ???2P?NNPP Ni iim/122 ?????? ??? ??gwiq g w ig w igig w ing w ii dqqgnqgqPd ]2)/()/[()(142 ???22 imi PP ????? ng w ii gqTM14 )/(?ig w ig w igig w ii dqqgnqTM ??? ]2/[第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 2021/11/11 91 壓力流量平衡法 令 則： 得到迭代公式： 通過(guò)以上計(jì)算公式 ， 以 替代 重復(fù)上述步驟 ， 直至 達(dá)到一個(gè)允許的誤差范圍之內(nèi) 。 ig w igig w ii AqgnqTM ?? ]2/[igwiidqA ?? iig w i Adq /??g w ig w ig w i dqqq ??39。NNqqqd iNi g w igmg w i/)(139。?????39。gwiq gwiqgwiqd?第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 2021/11/11 92 通過(guò)建立的優(yōu)化模型 ， 可以求解把最優(yōu)目標(biāo)確定為以最低的年綜合費(fèi)用滿足峰值日采氣量 、 年采氣量等工藝要求的儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)方案 。 模型求解的計(jì)算步驟如下： ?計(jì)算儲(chǔ)氣庫(kù)工作氣量 、 最大儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)氣量以及最大墊底氣量； ?從最少的井?dāng)?shù)算起 ， 用壓力流量平衡法計(jì)算不同套管尺寸時(shí)的產(chǎn)量； ?對(duì)每一井?dāng)?shù)和套管尺寸的組合 ， 解模型方程 ， 從最大墊底氣量算起 ， 反復(fù)運(yùn)算 。 對(duì)于每一井?dāng)?shù)和每一套管尺寸組合 ， 計(jì)算得到以下數(shù)據(jù)： 第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 2021/11/11 93 ? 不同套管尺寸的產(chǎn)量和該尺寸的井?dāng)?shù)； ? 不同套管尺寸的井的井底壓力； ? 井口壓力； ? 所需壓縮機(jī)的功率； ? 供氣開(kāi)始和結(jié)束時(shí)的最佳儲(chǔ)氣量； ? 方案年綜合費(fèi)用 。 ?將原井?dāng)?shù)加 1， 重復(fù)以上步驟 ， 直至達(dá)到最大井?dāng)?shù) ，計(jì)算結(jié)束 。 第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 2021/11/11 94 儲(chǔ)氣庫(kù)方案設(shè)計(jì)的灰色物元分析方法 通過(guò)前面介紹的方法可以得到儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)的可行性方案 ， 這些方案是按照經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)來(lái)排序的 。 地下儲(chǔ)氣庫(kù)的建造是一項(xiàng)大型 、 復(fù)雜的系統(tǒng)工程 ， 其不僅要滿足綜合費(fèi)用最少的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo) ， 還要通過(guò)考慮其使用功能 、技術(shù)性 、 經(jīng)濟(jì)性 、 安全性 、 環(huán)境影響等方面的效果進(jìn)行綜合論證 ， 來(lái)確定最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案 。 因此 ， 儲(chǔ)氣庫(kù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)該是一個(gè)多因素的綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題 。 第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 2021/11/11 95 儲(chǔ)氣庫(kù)方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)按其特點(diǎn)可分為趨上優(yōu)指標(biāo)、中心最優(yōu)指標(biāo)和趨下優(yōu)指標(biāo)。由于評(píng)價(jià)指標(biāo)類型的多樣性、不相容性，而且有些指標(biāo)是只能定性描述的灰數(shù)，儲(chǔ)氣庫(kù)方案的優(yōu)化評(píng)價(jià)屬于灰色系統(tǒng)問(wèn)題。而物元分析方法是目前較好解決不相容性的方法。將灰色系統(tǒng)理論與物元分析方法相結(jié)合的灰色物元方法能夠較好的解決儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。 第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 2021/11/11 96 灰色物元分析方法 所謂灰色物元分析法是以各評(píng)價(jià)指標(biāo)在各方案中的量值為灰數(shù) ， 建立灰色物元矩陣 ， 在關(guān)聯(lián)度計(jì)算中引入隸屬函數(shù) ， 通過(guò)加權(quán)求和得到各方案得綜合關(guān)聯(lián)度 ， 從而評(píng)出最佳方案的方法 。 物元矩陣： ? ????????????????????nniiuuuMuMR??2211, ? ?iii ba ,??第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 2021/11/11 97 隸屬度函數(shù)： 所謂隸屬度函數(shù) ， 就是用一個(gè)在實(shí)軸閉區(qū)間 [0， 1]中的數(shù)來(lái)表征論域上元素 x對(duì)于模糊集合 A的隸屬程度 。 采用灰色系統(tǒng)理論灰色評(píng)估中的白化權(quán)函數(shù)來(lái)定義隸屬度函數(shù) ， 所謂白化權(quán)函數(shù)就是直角坐標(biāo)系中的一條三折線 ， 或 S型曲線 ， 它可以定量地描述某一評(píng)估對(duì)象 （ 指標(biāo)或樣點(diǎn) ） 隸屬于某個(gè)灰類的程度 （ 稱權(quán)系數(shù) ） ， 即隨著被評(píng)估指標(biāo)或樣點(diǎn)的大小而變化的關(guān)系 。 一般白化權(quán)函數(shù)分為高 、 中 、 低三種類型 ， 分別適用于趨上優(yōu)指標(biāo) 、 中心優(yōu)指標(biāo)和趨下優(yōu)指標(biāo) 。 第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 2021/11/11 98 關(guān)聯(lián)度與關(guān)聯(lián)函數(shù)： 關(guān)聯(lián)度就是指兩事物間關(guān)聯(lián)性大小的量度 ， 在本論文中系指各事物 （ 方案 ） 與標(biāo)準(zhǔn)事物 （ 標(biāo)準(zhǔn)理想方案 ）之間關(guān)聯(lián)性大小的量度 ， 用 kj表示 ， 即第 j個(gè)事物與標(biāo)準(zhǔn)事物的關(guān)聯(lián)度 。 凡是以代數(shù)式來(lái)描述可拓集合量值的函數(shù) ， 就稱為關(guān)聯(lián)函數(shù) 。 關(guān)聯(lián)函數(shù)選用線性函數(shù)進(jìn)行方案評(píng)價(jià)： ii iiij ba ak 00 0)( ?????第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 2021/11/11 99 最優(yōu)方案的確定 權(quán)重的決定： 在方案評(píng)價(jià)中 ， 各評(píng)價(jià)指標(biāo) （ 或因素 ） 對(duì)方案的優(yōu)劣影響程度是不一樣的 ， 因此需要給各評(píng)價(jià)指標(biāo)賦予權(quán)重 ， 權(quán)重集為 給評(píng)價(jià)指標(biāo)賦權(quán)重的方法很多 ， 如：專家打分法 、二項(xiàng)系數(shù)法 、 主要成分分析法 、 均方差法等 。 本文用層次分析法來(lái)確定各因素的權(quán)重 。 層次分析法確定權(quán)系數(shù)可以有效地處理那些難于完全用定量方法分析的復(fù)雜問(wèn)題 ， 可以將定量與定性相結(jié)合 ， 也可以將人的主觀判斷用數(shù)量的形式表達(dá)和處理 。 可以說(shuō)是一種整理和綜合人們主觀判斷 ， 將思維過(guò)程數(shù)學(xué)化的客觀方法 。 ),( 21 nW ??第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 2021/11/11 100 在得到方案中各因素的權(quán)重后，計(jì)算各方案的綜合關(guān)聯(lián)度。 當(dāng) 時(shí) ， 表示被評(píng)方案符合標(biāo)準(zhǔn)方案的要求； 當(dāng) 時(shí) ， 表示被評(píng)方案不符合標(biāo)準(zhǔn)方案的要求 ， 且不具備轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)方案的條件； 當(dāng) 時(shí) ， 表示被評(píng)方案不符合標(biāo)準(zhǔn)方案的要求 ，但具備轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)方案的條件 。 對(duì)各方案的關(guān)聯(lián)度按大小排序 ， 關(guān)聯(lián)度最大值所對(duì)應(yīng)的方案即為最優(yōu)方案 ， 即 個(gè)方案mjkwk ni ijij,2,1。)(1???? ??0?jk1??jk01 ??? jkjo p t kk m a x?第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 2021/11/11 101 地下儲(chǔ)氣庫(kù)方案主要評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重 在滿足城市季節(jié)調(diào)峰的需求的基本設(shè)計(jì)原則條件下，天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)的設(shè)計(jì)必須考慮的主要指標(biāo)有： ?年綜合費(fèi)用 ?墊底氣量 ?儲(chǔ)氣庫(kù)所能承受的最大地層壓力 ?注采井?dāng)?shù) ?壓縮機(jī)站功率 ?使用壽命 用層次分析法確定的權(quán)重集為： ? ?TW ,,?第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 2021/11/11 102 儲(chǔ)氣庫(kù)灰色物元分析方法的基本步驟 ? 儲(chǔ)氣庫(kù)可行方案的確定，構(gòu)造評(píng)價(jià)方案的物元矩陣； ? 由于各評(píng)價(jià)指標(biāo)的量綱不一，采用白化權(quán)函數(shù)將各指標(biāo)的白化量值轉(zhuǎn)化為隸屬度，構(gòu)造出各方案的物元矩陣。 ? 構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)方案的物元矩陣； ? 構(gòu)造節(jié)域方案的物元矩陣； ? 確定權(quán)重集； ? 計(jì)算各方案的關(guān)聯(lián)度； ? 關(guān)聯(lián)度排序確定最優(yōu)方案 。 第五章 地下儲(chǔ)氣庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 2021/11/11 103 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 Figure 1 Storage allows a firm pipeline supply to be balanced over a 12month period. back 2021/11/11 104 第一章 天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)技術(shù)概述 Figure 2 LDC – Design Year Firm Demand back